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《Crispr-Cas9基因编辑技术用于改变花的颜色》

  • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： huangcui
  • 发布时间：2017-12-18

  • 最近，科学家们通过CRISPR基因编辑技术成功地改变了一种日本花园花卉的颜色，这一突破证明CRISPR技术在更广泛的领域内具有潜在的利用价值。

    这一被改造的花卉叫做日本牵牛花，研究者们仅仅改变其其中一个负责花瓣颜色的基因。然而这一研究却表明CRISPR技术的应用价值远不止于此。

    如果你还不熟悉CRISPR/CAS9技术，那么简单来说，该技术的原理是实现DNA的定点切割与编辑，从而实现生物学领域更深层次的工程化目的。虽然很多人关心该技术是否会存在滥用的情况，但事实已经证明它能够为人们的研究与生活提供很大的便利。如今我们已经将其应用于动物疾病的治疗，不过对于未来能否适用于人体，很多伦理方面的声音仍不绝于耳。

    如今，来自日本的科学家们称该技术能够为植物的工程化培育提供同样巨大的帮助。“据我们所知，这是第一次利用CRISPR技术进行植物花瓣颜色编辑的试验”，研究者们说道。

    在这一研究中，作者靶向了牵牛花中一个负责花瓣颜色的基因“DFR-B”，该基因编码的酶能够负责催化色素的产生，其活性的丧失会导致花瓣颜色变白。实验结果表明，有75%接受处理的植物胚胎发育成熟后开出了白色的花朵，此外，该基因附近的其它基因并没有受到干扰。

    “这一试验的成功将促进未来该技术应用于花瓣颜色的编辑”研究者们总结道。相关结果发表在最近一期的《Scientific Reports》杂志上

  • 原文来源：http://www.sciencealert.com/now-scientists-are-using-crispr-to-change-the-colour-of-flowers
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  • 《Mol Cell：新型基因编辑技术可让CRISPR-Cas9按顺序编辑DNA》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2021-03-03
    • 在一项新的研究中，来自美国伊利诺伊大学芝加哥分校的研究人员发现了一种新的基因编辑技术，可以随着时间的推移对序列剪切或编辑进行编程。相关研究结果近期发表在Molecular Cell期刊上，论文标题为“Sequential Activation of Guide RNAs to Enable Successive CRISPR-Cas9 Activities”。 CRISPR是一种基因编辑工具，它允许科学家们改变细胞中的DNA序列，有时还可以添加所需的序列或基因。CRISPR使用一种名为Cas9的酶，它的作用就像剪刀一样，在DNA中的所需位置精确地进行切割。一旦切割后，细胞修复DNA断裂的方式就会受到影响，从而导致DNA序列发生不同的改变或编辑。 CRISPR系统的基因编辑功能的发现是在2010年代初被描述出来的。仅仅几年时间，科学家们就就迷上了这样的一种技术：在实验中，引导CRISPR靶向细胞中几乎所有的DNA序列，或者靶向细胞中许多不同的位点。 论文共同通讯作者、伊利诺伊大学芝加哥分校医学院生物化学与分子遗传学副教授Bradley Merrill说，“目前可用的基于CRISPR的编辑系统的一个缺点是，所有的编辑或切割都是一次性完成的。没有办法引导它们，让它们一个接一个地按顺序发生。” Merrill及其同事们开发的这种新方法涉及使用称为向导RNA（gRNA）的特殊分子，gRNA在细胞内引导Cas9酶，并确定Cas9将在那里进行切割的精确DNA序列。他们将他们特别设计的gRNA分子称为“proGuide”，这些分子允许使用Cas9对DNA进行程序化的顺序编辑。 虽然proGuide仍处于原型阶段，但是Merrill及其同事们计划进一步发展他们的概念，并希望科学家们能够很快使用该技术。 Merrill说，“对在多个位点预编程Cas9按序激活的能力为生物研究和基因工程引入了一种新的工具。时间因素是人类发育的关键因素，也是疾病进展的关键因素，但目前对这些过程进行基因研究的方法并不能有效地利用时间因素。我们的系统允许以预编程的方式进行基因编辑，使得科学家们能够更好地研究时间敏感的过程，比如癌症是如何从几个基因突变中发展起来的，以及这些突变发生的顺序如何影响这种疾病。”
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  • 《Nature子刊：抗CRISPR蛋白介导的CRISPR-Cas9系统可提高基因编辑效率，同时降低脱靶效应》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2020-12-10
    • CRISPR-Cas9基因编辑可能会引起不想要的遗传变化。在一项新的研究中，来自日本广岛大学和东京医科齿科大学的研究人员开发出一种很有前途的修复方法，即关闭CRISPR-Cas9基因编辑，直到它达到关键的细胞周期阶段，在这个阶段，更精确的修复可能会发生。根据这些研究结果，他们成功地展示了更精确的基因编辑，并抑制了称为脱靶效应的非预期基因缺失、插入或突变。相关研究结果近期发表在Communications Biology期刊上，论文标题为“A cell cycle-dependent CRISPR-Cas9 activation system based on an anti-CRISPR protein shows improved genome editing accuracy”。 虽然之前开发的方法报告了较少的与CRISPR技术相关的脱靶效应，但是这些研究人员表示，这些方法往往表现出较低的编辑效率。 论文通讯作者、广岛大学生物医学与健康科学研究生院教授Wataru Nomura说，“我们的目标是开发出避免脱靶效应的方法，脱靶效应是基因组编辑领域最具挑战性的问题之一。我们的方法是一箭双雕。我们可以同时提高基因组编辑的精确性和抑制脱靶效应。” 对基因编辑进行更多的控制 CRISPR-Cas9作为一种更简单、更便宜的工具，开创了基因编辑的新领域。它的作用就像剪刀一样，可以切割你想要改变的遗传物质。然而，这个过程也会产生脱靶效应，从而限制了它在治疗领域的应用。 这种最新开发的消除脱靶效应的方法是通过使用抗CRISPR蛋白AcrIIA4发挥作用的，AcrIIA4的作用就像一种“关闭开关”，可以阻止酿脓链球菌（Streptococcus pyogenes）Cas9（SpyCas9）的基因组编辑活性。这些研究人员将AcrIIA4与人类Cdt1---一个有助于确保每次细胞分裂只发生一次DNA复制的基因---的N末端区域融合在一起，旨在让基因编辑失活，直到细胞周期S和G2期，即同源介导修复（HDR）占主导地位的两个细胞周期阶段。 HDR和非同源末端连接（NHEJ）是有机体使用的两种DNA修复过程。然而，在这两种方法中，HDR是首选方法，这是因为这种修复途径依赖于每个细胞中存在两个染色体拷贝。HDR使用重复的染色体作为修复的模板，使得基因编辑更加精确，而NHEJ倾向于连接DNA的断裂末端。HDR发生在细胞周期的S期和G2期，而NHEJ则在细胞周期的所有阶段都会发生，尤其是在G1期--细胞周期间期的第一阶段，细胞在此阶段生长，为DNA复制做准备。 这些研究人员发现，ArIIA4-Cdt1的融合量取决于细胞周期。它在G1期增加，这阻止了基因编辑的发生，因此，阻止通过NHEJ进行修复。与此同时，它在随后的S、G2和M期期间减少。 这些研究人员说道，“与单独使用SpyCas9相比，使用AcrIIA4-Cdt1进行HDR修复的效率大约提高了4.0倍。在靶位点或脱靶位点1（HCN1基因）的突变比降低了86.5%。此外，通过使用AcrIIA4-Cdt1，脱靶位点2（MFAP1基因）的突变比从8.5%降低到0.6%。SpyCas9和AcrIIA4-Cdt1的共同表达不仅增加了HDR的频率，而且抑制了脱靶效应。因此，SpyCas9和AcrIIA4-Cdt1的组合使用是一种细胞周期依赖性的Cas9激活系统，可实现准确高效的基因组编辑。” Nomura表示，他们希望进一步提高该系统的精确性，使其能够安全地应用于治疗领域。他说，“我们设想将我们的系统应用于其他的CRISPR/抗CRISPR蛋白组合，以及其他基于CRISPR的基因编辑，如碱基编辑和靶向转录介导因子。我们的最终目标是开发一种可以安全用于医学治疗领域的基因组编辑系统。”
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